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Balance de sodio y potasio en una célula

Balance de sodio y potasio en una célula


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En una célula en reposo en estado de equilibrio, ¿es mayor la entrada de sodio o la salida de potasio de acuerdo con los gradientes de concentración y la permeabilidad, y dado que la ATPasa de sodio y potasio está activa?


Si los iones de potasio estuvieran solos dentro y fuera de la célula, tendrían a difundirse fuera de la célula debido al alto gradiente en el interior. Debido a que los iones de potasio tienen carga positiva, la pérdida de potasio causaría negatividad en el interior. En unos pocos segundos, la pérdida potencial aumentaría lo suficiente como para poder detener la salida de potasio de la célula. Debido a que contra el gradiente de concentración decreciente, habría un aumento del gradiente eléctrico en la dirección inversa, por lo que estas fuerzas deben equilibrarse en algún lugar. Para una célula nerviosa de mamífero grande, el gradiente de potencial necesario es de aproximadamente 94 milivoltios.

También podemos asumir conceptos similares para los iones de sodio. Esta dirección temporal será del exterior al interior de la celda. Y esto genera un potencial positivo (alrededor de +61 milivoltios) debido a la obtención de iones positivos.

Cuando calculamos el potencial de difusión total para un solo ion, se utiliza la ecuación de Nernst. Para iones más de uno, tenemos que usar la ecuación de Goldman, que es más complicada. La ecuación de Goldman consta de tres factores:

  1. Carga eléctrica por cada iones.
  2. Permeabilidad para cada iones.
  3. Concentraciones dentro y fuera de la celda para cada iones.

El factor principal de este potencial de reposo es la permeabilidad de la membrana. Para los iones de potasio, la permeabilidad de la membrana es aproximadamente 100 veces mayor que la de los iones de sodio. Porque los canales de fuga de potasio hacen que la fuga de potasio sea más fácil que la de sodio. Cuando colocamos este factor en la ecuación de Golman, encontramos un potencial de reposo de aproximadamente -86 milivoltes, que está más cerca del potencial de difusión de potasio. (fuente: Wikipedia) (fuente: KhanAcademy)


Balance de sodio y potasio en una célula - Biología

Al final de esta sección, podrá:

  • Describe los desequilibrios de la homeostasis de fluidos y sus consecuencias.
  • Explique cómo se equilibra la sal en el cuerpo.
  • Describe cómo el sodio regula el equilibrio de líquidos y electrolitos.
  • Identificar los mecanismos que regulan el equilibrio de sodio de los fluidos corporales.
  • Examine los mecanismos que regulan el equilibrio de potasio, calcio y fosfato de los fluidos corporales.
  • Analice el mecanismo que regula los aniones en los fluidos corporales.

Electrolitos

Los electrolitos son esenciales para el funcionamiento básico de la vida, como mantener la neutralidad eléctrica en las células, generar y conducir potenciales de acción en los nervios y músculos. El sodio, el potasio y el cloruro son los electrolitos importantes junto con el magnesio, el calcio, el fosfato y los bicarbonatos. Los electrolitos provienen de nuestros alimentos y líquidos.

Estos electrolitos pueden tener un desequilibrio, dando lugar a niveles altos o bajos. Los niveles altos o bajos de electrolitos interrumpen las funciones corporales normales y pueden provocar incluso complicaciones potencialmente mortales. Este artículo revisa la fisiología básica de los electrolitos y sus anomalías, y las consecuencias del desequilibrio electrolítico.

El sodio, que es un anión osmóticamente activo, es uno de los electrolitos más importantes del líquido extracelular. Es responsable de mantener el volumen de líquido extracelular y también de la regulación del potencial de membrana de las células. El sodio se intercambia junto con el potasio a través de las membranas celulares como parte del transporte activo.

La regulación del sodio ocurre en los riñones. El túbulo proximal es donde tiene lugar la mayor parte de la reabsorción de sodio. En el túbulo contorneado distal, el sodio se reabsorbe. El transporte de sodio tiene lugar a través de simportadores de cloruro de sodio, que es por la acción de la hormona aldosterona.

Entre los trastornos electrolíticos, la hiponatremia es el más frecuente. El diagnóstico es cuando el nivel de sodio sérico es inferior a 135 mmol / L. La hiponatremia tiene manifestaciones neurológicas. Los pacientes pueden presentar dolor de cabeza, confusión, náuseas, delirios. La hipernatremia se presenta cuando los niveles séricos de sodio superan los 145 mmol / L. Los síntomas de la hipernatremia incluyen taquipnea, dificultad para dormir y sensación de inquietud. Las correcciones rápidas de sodio pueden tener consecuencias graves como edema cerebral y síndrome de desmielinización osmótica.

El potasio es principalmente un ion intracelular. La bomba de adenosina trifosfatasa de sodio y potasio tiene la responsabilidad principal de regular la homeostasis entre el sodio y el potasio, que bombea sodio a cambio de potasio, que se mueve hacia las células. En los riñones, la filtración de potasio tiene lugar en el glomérulo. La reabsorción de potasio tiene lugar en el túbulo contorneado proximal y el asa ascendente gruesa de Henle. La secreción de potasio ocurre en el túbulo contorneado distal. La aldosterona aumenta la secreción de potasio. Los canales de potasio y los cotransportadores de cloruro de potasio en la membrana apical también secretan potasio.

Los trastornos del potasio están relacionados con arritmias cardíacas. La hipopotasemia se produce cuando los niveles séricos de potasio son inferiores a 3,6 mmol / L: debilidad, fatiga y contracciones musculares presentes en la hipopotasemia. La hiperpotasemia se produce cuando los niveles séricos de potasio superan los 5,5 mmol / L, lo que puede provocar arritmias. Los calambres musculares, la debilidad muscular, la rabdomiólisis, la mioglobinuria son los signos y síntomas que se presentan en la hiperpotasemia.

El calcio tiene un papel fisiológico importante en el cuerpo. Participa en la mineralización esquelética, la contracción de los músculos, la transmisión del impulso nervioso, la coagulación de la sangre y la secreción de hormonas. La dieta es la fuente predominante de calcio. Se encuentra mayoritariamente presente en el líquido extracelular. La absorción de calcio en el intestino está principalmente bajo el control de la forma hormonalmente activa de la vitamina D, que es la 1,25-dihidroxi vitamina D3. La hormona paratiroidea también regula la secreción de calcio en el túbulo distal de los riñones. La calcitonina actúa sobre las células óseas para aumentar los niveles de calcio en la sangre.

El diagnóstico de hipocalcemia requiere verificar el nivel de albúmina sérica para corregir el calcio total, y el diagnóstico es cuando los niveles de calcio sérico total corregidos son menores de 8,8 mg / dl, como en la deficiencia de vitamina D o el hipoparatiroidismo. Chequear los niveles de calcio sérico es una prueba recomendada en pacientes post-tiroidectomía. La hipercalcemia se produce cuando los niveles de calcio total en suero corregidos superan los 10,7 mg / dl, como se observa en el hiperparatiroidismo primario. La hipercalcemia humoral se presenta en la neoplasia, principalmente debido a la secreción de PTHrP.

El estado ácido-base de la sangre impulsa los niveles de bicarbonato. Los riñones regulan predominantemente la concentración de bicarbonato y son responsables de mantener el equilibrio ácido-base. Los riñones reabsorben el bicarbonato filtrado y también generan nuevo bicarbonato por excreción neta de ácido, que se produce por excreción de ácido y amoníaco titulables. La diarrea suele provocar la pérdida de bicarbonato, lo que provoca un desequilibrio en la regulación ácido-base.

El magnesio es un catión intracelular. El magnesio participa principalmente en el metabolismo del ATP, la contracción y relajación de los músculos, el funcionamiento neurológico adecuado y la liberación de neurotransmisores. Cuando el músculo se contrae, el magnesio provoca la reabsorción de calcio por la ATPasa activada por calcio del retículo sarcoplásmico. La hipomagnesemia se produce cuando los niveles séricos de magnesio son inferiores a 1,46 mg / dl. Puede presentarse con trastorno por consumo de alcohol y pérdidas gastrointestinales y renales (arritmias ventriculares, que incluyen torsades de pointes que se observan en la hipomagnesemia).

El cloruro es un anión que se encuentra predominantemente en el líquido extracelular. Los riñones regulan predominantemente los niveles de cloruro sérico. La mayor parte del cloruro, que es filtrado por el glomérulo, es reabsorbido por los túbulos proximales y distales (principalmente por el túbulo proximal) por transporte activo y pasivo.

La hipercloremia puede ocurrir debido a la pérdida de bicarbonato gastrointestinal. La hipocloremia se presenta en pérdidas gastrointestinales como vómitos o exceso de ganancia de agua como insuficiencia cardíaca congestiva.

El fósforo es un catión del líquido extracelular. El ochenta y cinco por ciento del fósforo corporal total se encuentra en los huesos y dientes en forma de hidroxiapatita, los tejidos blandos contienen el 15% restante. El fosfato juega un papel crucial en las vías metabólicas. Es un componente de muchos intermediarios metabólicos y, lo más importante, del trifosfato de adenosina (ATP) y los nucleótidos. El fosfato está regulado simultáneamente con el calcio por la vitamina D3, la PTH y la calcitonina. Los riñones son la vía principal de excreción de fósforo.

El desequilibrio del fósforo puede deberse a tres procesos: ingesta dietética, trastornos gastrointestinales y excreción por los riñones.


Bombeo de por vida: lo que logra la bomba de sodio y potasio

Nota del editor y # 8217s: Los médicos tienen un lugar especial entre los pensadores que han elaborado el argumento a favor del diseño inteligente. Quizás eso sea porque, más que los biólogos evolutivos, están familiarizados con los desafíos de mantener un sistema complejo en funcionamiento, el cuerpo humano. Con eso en mente, Evolution News & amp Views se complace en presentar esta serie, & # 8220The Designed Body. & # 8221 Para ver la serie completa, consulte aquí. El Dr. Glicksman practica la medicina paliativa para una organización de cuidados paliativos.

En esta serie hemos visto lo que constituye la célula humana y lo que necesita hacer para sobrevivir, dadas las leyes de la naturaleza. Una de las principales cosas que debe hacer la célula es controlar su contenido químico y su volumen. Si no se combate con algún tipo de innovación, las fuerzas naturales de difusión y ósmosis tienen el potencial de provocar rápidamente la muerte celular. Esto se debe al hecho de que la composición química del líquido dentro de la célula es exactamente la opuesta al líquido fuera de la célula, y la célula debe permitir que entren los químicos que necesita para vivir (como la glucosa) y los tóxicos. que produce (como el dióxido de carbono) salir a través de la membrana plasmática. Al tener una membrana plasmática que es permeable a ciertas sustancias químicas, pero no a otras (como la mayoría de las proteínas), la célula debe sigue las reglas & # 8212 lo que implica que se ve afectado por las fuerzas naturales de difusión y ósmosis.

La difusión tiene el potencial de alterar drásticamente el contenido químico de la célula al hacer que el potasio salga naturalmente de la célula a través de su membrana plasmática mientras hace que entre el sodio. Y mientras que la difusión está tratando de igualar el potasio y el sodio dentro del fluido dentro y fuera de la célula, la ósmosis tiene el potencial de alterar drásticamente el volumen de la célula al hacer que el agua entre naturalmente en la célula al mismo tiempo porque su gran cantidad de proteína puede & # 8217t cruzar la membrana plasmática. Juntos, los efectos de la difusión y la ósmosis pueden darle a la célula un golpe doble, lo que rápidamente resulta en la muerte. ¿Qué tipo de mecanismo podría hacer el trabajo de controlar no solo el contenido químico de la celda, sino también su volumen?

Considere lo que tendría que hacer si estuviera sentado en un bote al que constantemente se le filtrara agua. Por supuesto, tendrías que eliminar constantemente esa agua, de lo contrario el barco se hundirá. Pero, ¿qué pasa si su única opción es mantener el bote en el agua y no puede estar allí para hacer el trabajo de achicar todo el tiempo? ¿Podría colocar una máquina en el barco para que haga el trabajo por usted? Es decir, una bomba. Este es precisamente el tipo de micro-máquina que utiliza la celda para tomar el control de su contenido químico y volumen. De hecho, la celda tiene algunos millones de estos bombas de sodio-potasio dentro de su membrana plasmática.

La bomba de sodio-potasio actúa expulsando el sodio de la célula y volviendo a introducir el potasio. Aunque las leyes de la naturaleza hacen que el sodio entre y el potasio salga de la célula a medida que se difunden en sus respectivos gradientes de concentración, los millones de Las bombas de sodio y potasio en la membrana plasmática invierten inmediatamente la mayor parte de este movimiento. De hecho, por cada tres iones de sodio que se bombean fuera de la célula, se vuelven a bombear dos iones de potasio.

Así es como la célula invierte la tendencia natural del líquido interior y exterior a tener concentraciones iguales de sodio y potasio. Al hacerlo, mantiene su contenido químico. Sin embargo, la acción de la bomba de sodio-potasio no solo preserva el contenido químico de la celda, sino que también controla su volumen al evitar que el agua entre como. Aquí es cómo.

Recuerde, a medida que los productos químicos como el sodio y el potasio se mueven a través de la membrana plasmática permeable y se difunden en su gradiente de concentración, el agua se precipita hacia la célula debido a la gran cantidad de proteína impermeable que la atrae por ósmosis. En otras palabras, en biología, un soluto ejerce una atracción osmótica sobre el agua a través de una membrana en función de su incapacidad para salir de esa solución. Una vez más, dado que la proteína no puede dejar el líquido en la célula, porque no puede atravesar la membrana plasmática, es capaz de aplicar un tirón osmótico en el agua fuera de la célula y llevarla al interior. Dado que el sodio y el potasio atraviesan libremente la membrana plasmática, no deberían poder aplicar una atracción osmótica sobre el agua en ninguna dirección. ¿O pueden ellos?

Con las bombas de sodio-potasio en la membrana plasmática de la célula empujando la mayor parte del sodio hacia afuera de la célula y devolviendo la mayor parte del potasio, aunque todavía son permeables, ahora actúan efectivamente como si fueran impermeables. Al obligar al sodio y al potasio a permanecer donde están, las bombas de sodio y potasio les dan el poder de mover el agua hacia ellos por ósmosis. Como se señaló anteriormente, en biología, un soluto ejerce una atracción osmótica sobre el agua a través de una membrana en función de su incapacidad para salir de esa solución. Con las bombas de sodio-potasio que obligan al sodio a permanecer fuera de la célula y mantener el potasio dentro, efectivamente las han hecho incapaces de dejar su solución. Al hacerlo, las bombas de sodio y potasio también han producido sustancias químicas osmóticamente activas de sodio y potasio, al igual que la proteína dentro de la célula.

Esto significa que las proteínas no solo tienen una tendencia a atraer agua hacia la célula desde el líquido exterior, sino que también lo hace el potasio. Además, dado que las bombas de sodio y potasio empujan el sodio fuera de la célula, sin dejar que permanezca en el otro lado de la membrana plasmática, también permite que el sodio extraiga el agua desde el interior de la célula hacia el exterior. La atracción osmótica del sodio desde el exterior de la célula está en la dirección opuesta a la atracción osmótica ejercida por la proteína y el potasio en su interior. De hecho, la célula es muy sensible al movimiento del agua en cualquier dirección a través de su membrana plasmática, lo que afecta directamente su volumen. Para tomar el control de su volumen, la célula siempre intenta asegurarse de que la atracción osmótica del agua del fluido fuera de la célula coincida uniformemente con la atracción para devolver el agua. Para ello, se asegura de que la concentración de partículas químicas totales en el el citosol es el mismo que se encuentra en el líquido fuera de la célula. Cuando esto se logra, se dice que los fluidos son isotónico.

Esto es lo que logra la bomba de sodio-potasio. Pero el cuerpo tiene que pagar un precio por luchar así contra las fuerzas de la naturaleza. El trabajo de la bomba de sodio-potasio es como tener que caminar contra un fuerte viento. El esfuerzo, necesario para sobrevivir, requiere una tremenda energía. En reposo, entre de un cuarto a la mitad de las necesidades energéticas totales del cuerpo son absorbidos por millones de bombas de sodio-potasio en cada uno de sus billones de células. Esto demuestra que los números reales tienen consecuencias reales. Si la célula no tiene suficiente energía para hacer funcionar sus millones de bombas de sodio y potasio, está casi muerta. Pero, ¿de dónde obtiene la célula la energía que necesita? Antes de que pueda comenzar a comprender la respuesta a esta pregunta, primero debe aprender sobre las enzimas y cómo funcionan en el cuerpo. Los veremos la próxima vez.


Potasio

El potasio es el principal catión intracelular. Ayuda a establecer el potencial de membrana en reposo en neuronas y fibras musculares después de la despolarización de la membrana y los potenciales de acción. A diferencia del sodio, el potasio tiene muy poco efecto sobre la presión osmótica. Los bajos niveles de potasio en sangre y LCR se deben a las bombas de sodio-potasio en las membranas celulares, que mantienen los gradientes normales de concentración de potasio entre el ICF y el ECF. La recomendación de ingesta / consumo diario de potasio es de 4700 mg. El potasio se excreta, tanto activa como pasivamente, a través de los túbulos renales, especialmente el túbulo contorneado distal y los conductos colectores. El potasio participa en el intercambio con sodio en los túbulos renales bajo la influencia de la aldosterona, que también depende de las bombas basolaterales de sodio y potasio.

Hipopotasemia es un nivel de potasio en sangre anormalmente bajo. De manera similar a la situación con la hiponatremia, la hipopotasemia puede ocurrir debido a una reducción absoluta de potasio en el cuerpo o una reducción relativa de potasio en la sangre debido a la redistribución del potasio. Una pérdida absoluta de potasio puede deberse a una ingesta reducida, frecuentemente relacionada con la inanición. También puede deberse a vómitos, diarrea o alcalosis. La hipopotasemia puede causar acidosis metabólica, confusión del SNC y arritmias cardíacas.

Algunos pacientes diabéticos insulinodependientes experimentan una reducción relativa del potasio en la sangre debido a la redistribución del potasio. Cuando se administra insulina y las células absorben glucosa, el potasio pasa a través de la membrana celular junto con la glucosa, disminuyendo la cantidad de potasio en la sangre y la FI, lo que puede causar hiperpolarización de las membranas celulares de las neuronas, reduciendo sus respuestas a los estímulos.

Hiperpotasemia, un nivel elevado de potasio en sangre, también puede afectar la función de los músculos esqueléticos, el sistema nervioso y el corazón. La hiperpotasemia puede resultar de una mayor ingesta dietética de potasio. En tal situación, el potasio de la sangre termina en el ECF en concentraciones anormalmente altas. Esto puede resultar en una despolarización parcial (excitación) de la membrana plasmática de las fibras del músculo esquelético, neuronas y células cardíacas del corazón, y también puede conducir a la incapacidad de las células para repolarizarse. Para el corazón, esto significa que no se relajará después de una contracción, y efectivamente se “agarrotará” y dejará de bombear sangre, lo que es fatal en cuestión de minutos. Debido a estos efectos en el sistema nervioso, una persona con hiperpotasemia también puede presentar confusión mental, entumecimiento y músculos respiratorios debilitados.


Los alimentos ricos en magnesio son esenciales

Según un artículo de 2017 en el Huffington Post, obtener suficiente magnesio en la dieta para mantener un equilibrio óptimo de sodio y potasio incluye comer alimentos como frutas, verduras como col rizada y espinacas, mariscos y chocolate amargo. Estos alimentos son una rica fuente de magnesio y potasio. Los suplementos de magnesio son otra forma fácil y económica de ayudar a asegurar que el cuerpo tenga suficiente cantidad de este mineral fundamental.

Comer más alimentos ricos en magnesio o tomar un suplemento diario de magnesio puede ayudar a mantener niveles saludables de magnesio y mantener los niveles de sodio óptimos, mientras que los músculos, huesos y nervios funcionan correctamente.


Electrolitos importantes para el equilibrio de líquidos

Las células son aproximadamente un 75 por ciento de agua y el plasma sanguíneo es aproximadamente un 95 por ciento de agua. Entonces, ¿por qué el agua no fluye del plasma sanguíneo a las células? La fuerza del agua, también conocida como presión hidrostática, mantiene los volúmenes de agua entre los compartimentos de fluidos contra la fuerza de todas las sustancias disueltas. La concentración es la cantidad de partículas en un volumen determinado de agua. (Recuerde que los solutos individuales pueden diferir en concentración entre los líquidos intracelular y extracelular, pero la concentración total de todas las sustancias disueltas es igual).

La fuerza que impulsa el movimiento del agua a través de la membrana selectivamente permeable es la mayor concentración de soluto en un lado. Los solutos a diferentes concentraciones a cada lado de una membrana selectivamente permeable ejercen una fuerza, llamada presión osmótica. La mayor concentración de solutos en un lado en comparación con el otro del tubo en U ejerce una presión osmótica, llevando el agua a un volumen mayor en el lado del tubo en U que contiene más partículas disueltas. Cuando la presión osmótica es igual a la presión del agua sobre la membrana selectivamente permeable, el movimiento neto del agua se detiene (aunque todavía se difunde hacia adelante y hacia atrás a la misma velocidad).

Una ecuación que ejemplifica concentraciones iguales pero volúmenes diferentes es la siguiente
5 gramos de glucosa en 1 litro = 10 gramos de glucosa en 2 litros (5g / L = 5g / L)

Las diferencias en las concentraciones de sustancias particulares proporcionan gradientes de concentración que las células pueden utilizar para realizar su trabajo. Un gradiente de concentración es una forma de energía potencial, como el agua sobre una presa. Cuando el agua cae a través de una presa, la energía potencial se convierte en energía en movimiento (cinética), que a su vez es captada por turbinas. De manera similar, cuando un electrolito en una concentración más alta en el líquido extracelular se transporta a una célula, la energía potencial se aprovecha y se utiliza para realizar el trabajo.

Las células transportan constantemente nutrientes hacia adentro y hacia afuera. ¿Cómo se mantiene la concentración de solutos si están en estado de flujo? Aquí es donde entran en juego los electrolitos. La célula (o más específicamente las numerosas bombas de sodio y potasio en su membrana) bombea continuamente iones de sodio para establecer un gradiente químico. La proteína de transporte, llamada simportador de glucosa, utiliza el gradiente de sodio para impulsar el movimiento de la glucosa hacia la célula. Tanto el sodio como la glucosa entran en la célula. El agua sigue pasivamente al sodio. Para restablecer el equilibrio, la bomba de sodio-potasio transfiere el sodio de regreso al líquido extracelular y el agua lo sigue. Cada ciclo de la bomba de sodio-potasio implica el movimiento de tres iones de sodio fuera de una célula, a cambio de dos iones de potasio en una célula. Para mantener la neutralidad de carga en el exterior de las células, a cada catión de sodio le sigue un anión cloruro. Cada ciclo de la bomba cuesta una molécula de ATP (trifosfato de adenosina). El trabajo constante de la bomba de sodio-potasio mantiene el equilibrio de los solutos y, en consecuencia, la distribución del agua entre los fluidos intracelulares y extracelulares.

El movimiento desigual de los iones sodio y potasio cargados positivamente hace que el líquido intracelular tenga una carga más negativa que el líquido extracelular. Este gradiente de carga es otra fuente de energía que utiliza una célula para realizar su trabajo. Pronto aprenderá que este gradiente de carga y la bomba de sodio-potasio también son esenciales para la conducción nerviosa y la contracción muscular. Las numerosas funciones de la bomba de sodio y potasio en el cuerpo representan aproximadamente una cuarta parte del gasto energético total en reposo.

Figura 3.8 La bomba de sodio y potasio

La bomba de sodio-potasio es el mecanismo principal para que las células mantengan el equilibrio hídrico entre ellas y el entorno que las rodea.


La bomba de sodio y potasio

Transporte activo es el proceso que requiere energía de bombear moléculas e iones a través de las membranas & # 8220uphill & # 8221 & # 8211 contra un gradiente de concentración. Para mover estas moléculas en contra de su gradiente de concentración, se necesita una proteína transportadora. Las proteínas transportadoras pueden trabajar con un gradiente de concentración (durante el transporte pasivo), pero algunas proteínas transportadoras pueden mover solutos contra el gradiente de concentración (de baja concentración a alta concentración), con una entrada de energía.

En el transporte activo, como las proteínas transportadoras se utilizan para mover materiales en contra de su gradiente de concentración, estas proteínas se conocen como bombas. Como en otros tipos de actividades celulares, el ATP proporciona la energía para la mayor parte del transporte activo. Una forma en que el ATP potencia el transporte activo es transfiriendo un grupo fosfato directamente a una proteína transportadora. Esto puede hacer que la proteína transportadora cambie de forma, lo que mueve la molécula o el ión al otro lado de la membrana. Un ejemplo de este tipo de sistema de transporte activo, como se muestra en la figura siguiente, es el bomba de sodio-potasio, que intercambia iones de sodio por iones de potasio a través de la membrana plasmática de las células animales.

El sistema de bomba de sodio-potasio mueve los iones de sodio y potasio contra grandes gradientes de concentración. Mueve dos iones de potasio al interior de la célula donde los niveles de potasio son altos y bombea tres iones de sodio fuera de la célula hacia el líquido extracelular.

Como se muestra en la figura anterior, tres iones de sodio se unen a la bomba de proteínas dentro de la célula. La proteína transportadora obtiene energía del ATP y cambia de forma. Al hacerlo, bombea los tres iones de sodio fuera de la célula. En ese momento, dos iones de potasio del exterior de la célula se unen a la bomba de proteínas. Luego, los iones de potasio se transportan a la célula y el proceso se repite. La bomba de sodio-potasio se encuentra en la membrana plasmática de casi todas las células humanas y es común a toda la vida celular. Ayuda a mantener el potencial celular y regula el volumen celular.

El gradiente electroquímico

El transporte activo de iones a través de la membrana hace que se acumule un gradiente eléctrico a través de la membrana plasmática. El número de iones con carga positiva fuera de la célula es mayor que el número de iones con carga positiva en el citosol. Esto da como resultado una carga relativamente negativa en el interior de la membrana y una carga positiva en el exterior. Esta diferencia de cargas provoca un voltaje a través de la membrana. El voltaje es energía potencial eléctrica causada por una separación de cargas opuestas, en este caso a través de la membrana. El voltaje a través de una membrana se llama Potencial de membrana. El potencial de membrana es muy importante para la conducción de impulsos eléctricos a lo largo de las células nerviosas.

Debido a que el interior de la célula es negativo en comparación con el exterior de la célula, el potencial de membrana favorece el movimiento de iones cargados positivamente (cationes) hacia la célula y el movimiento de iones negativos (aniones) fuera de la célula. Entonces, hay dos fuerzas que impulsan la difusión de iones a través de la membrana plasmática: una fuerza química (los iones y gradiente de concentración) y una fuerza eléctrica (el efecto del potencial de membrana sobre los iones y el movimiento). Estas dos fuerzas que trabajan juntas se denominan gradiente electroquímico, y se discutirá en detalle en los conceptos & # 8220Nerve Cells & # 8221 y & # 8220Nerve Impulses & # 8221.


¿Por qué la célula necesita Na + / Ka + (bomba de sodio y potasio)?

La bomba de Na + / K + es extremadamente importante en muchos tipos de células.

En las neuronas, es importante para potenciar los potenciales de acción, como alguien más lo describió en una respuesta anterior.

En muchas otras células ayuda a mantener los gradientes electroquímicos de OTROS iones. He aquí cómo funciona: la bomba hace que el Na + y el K + se muevan en contra de su gradiente de concentración. Se bombea Na y se introduce K, y quieren ser todo lo contrario.

Entonces, una vez que se bombea Na +, realmente quiere bajar su gradiente de concentración de regreso a la celda. Muchas células tienen canales que no dependen del ATP por los que el Na puede moverse para regresar a la célula, donde la concentración es menor. En muchas células, estos canales o transportadores son simportadores y utilizarán el movimiento del Na para mover también otro ión dentro o fuera de la célula (por ejemplo, cloro o yodo o algo así).

La misma idea funciona con K. Muchas células tienen canales de fuga de K + que permiten que K + salga de la célula nuevamente por su gradiente de concentración, y estos a veces se acoplan a otros canales iónicos.

Un buen ejemplo es el movimiento de glucosa desde la luz del intestino hacia la célula:

Na + se bombea activamente fuera de las células que recubren el intestino, en contra de su gradiente, hacia el líquido intersticial. Esta acción mantiene la concentración en la célula de Na + más baja que fuera de la célula. En el lado de la luz de la célula, hay canales simportadores que transportan tanto Na + como glucosa al interior de la célula. La glucosa solo se puede introducir en la célula a través de este canal si también se introduce Na +. dado que la concentración de Na + en la célula es baja (debido a la actividad de la ATPasa), el Na + quiere entrar y trae glucosa consigo. La glucosa luego se mueve a través de la célula y se transporta pasivamente fuera de la célula al líquido intersticial, donde luego puede ingresar al torrente sanguíneo.


Deficiencia y toxicidad de potasio

Al igual que con el sodio, la deficiencia de potasio tiende a ocurrir cuando su cuerpo aumenta la excreción en lugar de ingerir muy poco del mineral. La deficiencia puede resultar del uso de diuréticos, vómitos o diarrea excesivos, uso excesivo de laxantes y alcoholismo, con síntomas de calambres musculares, debilidad, fatiga, dolor intestinal y latidos cardíacos anormales. En la deficiencia extrema de potasio, estos ritmos cardíacos anormales pueden ser fatales. Un nivel demasiado alto de potasio, generalmente debido a un trastorno físico o interacción de medicamentos y no por consumir demasiado, puede causar una afección conocida como hiperpotasemia, que, en su forma más grave, puede causar un ritmo cardíaco anormal y un ataque cardíaco.

Escritora desde 1985, Jan Annigan se publica en & # 34Plant Physiology, & # 34 & # 34Proceedings of the National Academy of Sciences, & # 34 & # 34Journal of Biological Chemistry & # 34 y en varios sitios web. Tiene un certificado en medicina deportiva y desempeño humano de la Universidad de Washington, así como una licenciatura en ciencias animales de la Universidad Purdue.



Comentarios:

  1. Bemossed

    No puede ser

  2. Badr

    Permites el error. Escríbeme en PM, discutiremos.



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